前置缺氧A 2O工艺脱氮贡献的定量研究

・１６８・　广州化工　２０１０年３８卷第７期　前置缺氧Ａ２　Ｏ工艺脱氮贡献的定量研究水　陈亚松　，李书鹏　，颜孜佳　，苏大雄　，胡洪营　（１北京建工环境发展有限责任公司，北京１００１９２；２昆山市北区污水处理厂，江苏　昆山２１５３００；　３清华大学环境科学与工程系，北京　１０００８４）　摘　要：前置缺氧Ａ２Ｏ工艺增加了前置区对污泥中硝酸盐的去除，构成了系统中ＴＮ去除的重要途径。本研究以昆山市北区　污水处理厂为例，定量研究了系统脱氮途径和贡献。研究表明，系统总氮的去除主要发生在前置缺氧区和传统缺氧区，脱氮贡献分别　占５１％、４２％；前置缺氧区硝酸盐平均去除量１３２ｋｇ／ｄ，实际去除率８１．５％；缺氧区反硝化不足，内回流过剩。建议内回流比控制在　１５０％。前置缺氧区是系统脱氮的重要途径，必须权衡与缺氧区脱氮的关系以保证出水ＴＮ达标。　关键词：Ａ　Ｏ工艺；前置缺氧；脱氮贡献；定量分析；昆山污水厂　Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ｒｅｍｏｖａｌ　ｆｏｒ　Ｍｏｄｉｉｆｅｄ　Ａ　Ｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＣＨＥＮ　Ｙａ—ｓｏｎｇ。，ＬＩ　Ｓｈｕ—ｐｅｎｇ　，ＹＡＮ　Ｚｉ—ｊｉａ　，ＳＵ　Ｄａ—ｘｉｏｎｇ　，ＨＵ　Ｈｏｎｇ—ｙｉｎｇ　（１　ＢＣＥＧ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９２；２　ＫｕｎＳｈａｎ　Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｐｌａｎｔ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｋｕｎｓｈａｎ　２　１　５３００；３　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｒｉｎｇ　１　０００８４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｎｉｔｒａｔｅ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｌｕｄｇｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｂｙ　ｆｉｒｓｔ　ａｎｏｘｉｃ　ｄｉｓｔｒｉｃｔ　ｏｆ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ａ　０　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｂｉｏ—ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｉｆｒｓｔ　ａｎｏｘｉｃ　ｄｉｓｔｉｒｃｔ　ｗａｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｗａｙ　ｆｏｒ　ｔｏｔａｌ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＴＮ）ｒｅｍｏｖａｌ　ｉｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍｏｄ—　ｉｉｆｅｄ　Ａ　Ｏ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｋｕｎｓｈａｎ　ａｓｔｅｗａｔｅｒ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｐｌａｎｔ（ｗｗＴＰ），ｔｈｅ　ｗａｙｓ　ａｎｄ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ＴＮ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂｙ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ．ＴＮ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｈａｐｐｅｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ａｎｏｘｉｃ　ｄｉｓｔｒｉｃｔ　ａｎｄ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｎｏｘｉｃ　ｄｉｓｔｒｉｃｔ，　ｗｈｅｒｅ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ＮＯ；ｗｅｒｅ　５　１％ａｎｄ　４２％．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ＮＯ；ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ａｎｏｘｉｃ　ｄｉｓｔｉｒｃｔ　ｗａｓ　１　３２ｋｇ／ｄ，ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｙ　ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｗａｓ　ｕｐ　ｔｏ　８　１．５％．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｍｉｘｅｄ　ｌｉｑｕｉｄ　ｒｅｃｙｃｌｅｓ　ｗａｓ　ｅｘ—　ｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｂｉｏ—ｄｅｎｉｔｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｎｏｘｉｃ　ｄｉｓｔｒｉｃｔ．Ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｍｉｘｅｄ　ｌｉｑｕｉｄ　ｒｅｃｙｃｌｅｓ　ｗａｓ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｏ　１　５０％．Ａｓ　ａｎ　ｉｍｐｏ￣ａｎｔ　ｗａｙ　ｆｏｒ　ＴＮ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｉｎ　ｐｒｅｐｏｓｉｎｇ　ｄｅｎｉｔｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ＴＮ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｎｏｘｉｃ　ａｎｄ　ｆｉｒｓｔ　ａｎｏｘｉｃ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｂａｌａｎｃｅｄ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ＴＮ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａ　０　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｆｉｒｓｔ　ａｎｏｘｉｃ　ｄｉｓｔｒｉｃｔ；ｔｏｔａｌ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｒｅｍｏｖａｌ；ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ；Ｋｕｎｓｈａｎ　ＷＷｒｒＰ　传统Ａ　Ｏ工艺由于存在脱氮和除磷的矛盾，很难在同一反　工艺的脱氮途径及定量研究还鲜为报道，本研究以昆山市北区　应池中获得高效的脱氮除磷效果。其主要原因在于废水脱氮除　污水处理，一为例，定量研究了系统脱氮途径和贡献。　磷过程中反硝化菌与聚磷菌之间对碳源的竞争，当厌氧条件下　存在硝酸盐时，反硝化会抢先消耗异降解的ＣＯＤ，如ＶＦＡ等，造　１　方法与工艺　成聚磷菌难以获得充足的碳源而抑制释磷…。为了解决传统　Ａ　Ｏ工艺脱氮除磷的矛盾，改良型Ａ　Ｏ工艺通过在前端设置一　１．１　北区Ａ　ｏ工艺概况　个缺氧反硝化区，对回流污泥充分反硝化而降低进入厌氧区的　昆山市北区污水处理厂总规模１０万ｔ／ｄ，采用改良型Ａ　Ｏ　硝酸盐浓度，从而达到高效的同步脱氮除磷能力。　工艺，即增设前置污泥反硝化区。该厂２００４年投入运营，按　相对于传统工艺，前置缺氧Ａ　Ｏ工艺增加了前置区对污泥　ＧＢ１８９１８一级Ｂ标准设计，２００９年投入深度处理工艺，出水水质　中硝酸盐的去除，也构成了系统中ＴＮ去除的重要途径。前置区　达到ＧＢ１８９１８一级Ａ标准。为此，本研究选择了一组生化池（规　由于能优先利用原水中的碳源、其脱氮效率较高，而缺氧区可能　模２．５万ｔ／ｄ）进行了系统脱氮途径的定量研究。　由于污水中残留碳源的不足脱氮效率不高。那么如何合理分配　１．２全程监测分析　碳源利用、权衡前置区与缺氧区之间去除总氮的关系，提高总体　为进行问题的诊断，对生化池进行了全程的水质监测，全程　的脱氮能力，是污水处理厂待解决的重要调控内容。为此，必须　取样分析点如图１所示，监测方法参见《水和废水监测分析方　全过程地分析脱氮途径、并定量分析其各个环节的脱氮贡献，对　法》第四版。　于优化调控具有现实的指导意义。目前，围绕前置缺氧的Ａ　Ｏ　资助项目：高新城区水环境质量保障技术与综合示范（２００８ＺＸ０７３１３—００２）。　作者简介：陈亚松（１９８２一），男，硕士，工程师，毕业于北京航空航天大学，长期从事水污染防治的设计、运营和研发，水专项子课题技术负责人。　Ｅｍａｉｌ：ｃｈｅｎｙａｓｏｎｇ＠ｂｃｅｅｄ．ｎｅｔ　２０１０年３８卷第７期　广州化工　・１６９・　图１　工艺流程及全程监测点　１．３脱氮分析评价方法　根据图１分别对缺氧区、前置反硝化区的脱氮能力进行定　量分析，评价方法如下：　前置区实际去除率：　Ｙ＝｛０．１５ＱＣ　＋ＱｒＣ７一（０．１５＋ｒ）ＱＣ２｝／｛ｏ．１５ＱＣ１＋ＱｒＣ７｝　前置区污染物去除量：　ｍ＝０．１５ＱＣｉ＋ＱｒＣ７一（０。１５＋ｒ）ＱＣ２　缺氧区实际去除率：　Ｙ＝｛（１＋ｒ）ＱＣ３＋ＱＲＣ５一（１＋Ｒ＋ｒ）ＱＣ４｝／｛（１＋ｒ）Ｑｃ３＋ＱＲＣ５｝　缺氧区污染物去除量：　ｍ＝（１＋ｒ）Ｑｃ３＋ＱＲＣ５一（１＋Ｒ＋ｒ）Ｑｃ４　式中：Ｑ——水量　ｃ——污染物浓度　ｍ——去除量，ｋｇ／ｄ　一为污泥回流比　Ｒ——为内回流比　角标数字——各单元取样点（见图１）　０．１５——进水分配至前置区的比例　２结果与讨论　２．１　脱氦途径理论分析　生物脱氮的主要途径，是利用缺氧区的反硝化作用将ＮＯ；　和ＮＯ；转化成氮气，从而达到去除ＴＮ的目的。针对前置缺氧　Ａ　Ｏ工艺的特点，从系统总物料平衡分析，脱氮的途径主要包括　四个方面：（１）传统缺氧区的反硝化脱氮，通过回流混合液，使其　污水中的硝酸盐去除达到脱氮的目的；（２）前置缺氧区的反硝化　脱氮，主要去除回流污泥中的硝酸盐，成为系统脱氮的重要贡　献；（３）厌氧区存在的反硝化脱氮，厌氧区由于硝酸盐的存在也　可能发生反硝化，而去除系统中的ＴＮ，但一般工艺控制其释磷　而非脱氮，故运行良好的系统此部分脱氮比较小；（４）微生物的　同化、同步反硝化作用，通常这部分脱氮比例很小　Ｊ。因此，前　置缺氧Ａ　Ｏ工艺的主要脱氮途径在于前置缺氧区及传统的缺氧　区。　针对前置缺氧Ａ　０工艺与传统工艺脱氮途径的区别，其理　论脱氮效率不同。假设：（１）系统的硝化完全；（２）回流液或回流　污泥中的硝酸盐在缺氧区被完全去除；（３）主要考虑反硝化脱　氮，忽略微生物同化、厌氧区的脱氮等。根据物料衡算，理论脱　氮效率仅与回流比有关，则脱氮效率公式分别按下式计算。　传统Ａ　Ｏ工艺脱氮效率　叼ｌ　×１００％　（１）　前置缺氧Ａ　Ｏ工艺脱氮效率　上　７７　＝　×１００％　（２）　。一　ｌ＋　十ｒ　式中：１１——脱氮效率　Ｒ——混合液回流比　ｒ＿＿污泥回流比　由于正常运行的Ａ　Ｏ工艺均包括内回流和污泥回流，对比　式（１）和（２），前置缺氧Ａ　Ｏ工艺的理论脱氮效率高于传统工　艺，具体与污泥回流比有关，如按常规Ｒ＝１００％，ｒ＝７０％计算，　理论脱氮效率　。＝５０％，　＝６３％。因此，为了提高系统的脱氮　效率，前置缺氧Ａ　Ｏ工艺其调控的措施不仅在于缺氧区的脱氮　效率和内回流比，还在于污泥回流比及前置区的脱氮效率。由　于理论脱氮效率的提高，前置缺氧Ａ　０工艺可以减少内回流比　的能耗，而将污泥中的硝酸盐去除，来保证总脱氮效率。　２．２前置区脱氦的定量分析　前置反硝化区由于对回流污泥中硝酸盐的去除，是系统脱　氮的重要途径。系统运行正常时，污泥回流比ｒ＝６５％，为了保　证前置区反硝化需要的碳源，采取了分配进水的方式，其进水比　为总进水量的１５％。根据定量分析的方法，前置缺氧区对ＴＮ、　硝酸的日去除量、去除率见图２。　蚺　茆　霈　橱　主　蚺　卅　埘　图２前置缺氧区脱氮的定量分析　从图１中看出，硝酸盐平均去除量１３２ｋｇ／ｄ，实际去除率　８１．５％，ＴＮ平均去除量２１０ｋｇ／ｄ，实际去除率４４．５％。说明前置　反硝化区对硝酸盐的去除量十分大，同时硝酸盐的实际去除率　较高，从实际去除率来分析反硝化较完全。分析其原因主要跟　碳源利用有关，前置区可以优先利用原水中的易降解的碳源进　行反硝化，目前进水分配比为１５％较为合理。因此，前置反硝化　区是系统脱氮最主要的途径之一。　２．３缺氧区脱氮的定量分析　根据以上理论分析，脱氮的定量分析主要考虑前置区及传　统的缺氧区的反硝化脱氮。取北区污水处理厂正常运行阶段，　Ｒ＝２００％时，对缺氧区进行了全程的监测和定量分析。根据脱　氮定量分析的方法，对缺氧区硝酸的日去除量、去除率见图３，为　了进一步分析验证系统的反硝化是否完全，图４分析了缺氧区　出口及前置区出口硝酸盐浓度的对比。　・１７０・　广州化工　２０１０年３８卷第７期　％　爵　蚺　卅　嘲　＼　前置区　豳缺氧区　口口厌氧区　图６系统脱氮的贡献分析　图３缺氧区脱氮的定量分析　从图５看出，厌氧区对硝酸盐的去除贡献较小，硝酸盐的平　一　、　甾　谖　图４出口硝酸盐浓度对比　从图３看出，Ｒ＝２００％时，硝酸盐平均去除量为１０６ｋｇ，／ｄ，实　际去除率仅２３．３％，说明缺氧区反硝化不完全，内回流过剩；从　图３看出，缺氧区出口硝酸盐浓度明显较高（２．５～５．５ｍｇ／Ｌ），相　比之下，前置缺氧区的硝酸盐浓度较低，这也证实了其反硝化较　为完全。尽管增大回流比会提高硝酸盐的去除总量，但缺氧区　的反硝化效率不高，反硝化仍存在抑制。分析其原因可能主要　与缺氧区碳源不足、以及高回流比带入缺氧区的ＤＯ有关，这不　利于反硝化作用。　因此，如果为提高系统的脱氮能力，可以通过投加碳源等方　式强化缺氧区的反硝化能力；但目前系统总氮达标，说明内回流　比过剩。根据缺氧区的实际去除量衡算，如保持出口硝酸盐浓　度１．５ｍｇ／Ｌ以内　，计算出理论内回流比Ｒ＝８０％一１２０％，建　议实际内回流比控制至１５０％，既有利于降低系统的能耗，同时　能减少高回流比对缺氧环境的破坏，提高反硝化的效率。　２．４脱氮途径的贡献分析　Ａ　０工艺中厌氧区主要为除磷设计，考虑到实际控制条件　的差异，可能存在缺氧环境导致反硝化脱氮，因此，仍对厌氧区　进行了脱氮贡献的定量分析（如图５）。　图５厌氧区脱氮的定量分析　均量仅为１９ｋｇ／ｄ，说明厌氧区运行正常，硝酸盐对其释磷影响较　小，这与前置区对污泥硝酸盐的去除有关。根据系统脱氮途径　分析，微生物同化、及同步反硝化对脱氮的贡献较小，暂不做脱　氮定量分析。因此，脱氮贡献主要发生在前置反硝化区、厌氧　区、缺氧区。图６反映了不同区域的脱氮贡献，系统脱氮主要发　生在前置反硝化区（５ｌ％）、缺氧区（４２％），而厌氧区对于脱氮的　贡献较小（７％）。由于前置反硝化区对脱氮贡献较大，且较容易　利用污水中的碳源，反硝化较为彻底，可以通过提高前置区反硝　化去除量保证系统ＴＮ达标，是重要的经济途径。　３　结论　（１）前置缺氧Ａ　０工艺的理论脱氮效率为　＂ｑ２　：　×１００％其脱氮效率高于传统工艺，这与回流污泥的反硝化脱氮有　关。　（２）北区污水处理厂前置缺氧区硝酸盐平均去除量　１３２ｋｇ／ｄ，实际去除率８１．５％，反硝化较完全，是系统脱氮的重要　途径，这主要与前置区可以优先利用原水中的有效碳源有关，目　前的进水分配比例维持１５％较为合理。　（３）当Ｒ＝２００％时，传统缺氧区的硝酸盐平均去除量为　１０６ｋｇ／ｄ，实际去除率仅２３．３％，缺氧区反硝化不完全，通过缺氧　区是实际去除量，建议实际内回流比控制至１５０％。　（４）通过脱氮途径的定量分析表明，系统总氮的去除主要发　生在前置缺氧区和传统缺氧区，脱氮贡献分别占５１％、４２％，而　厌氧区对于脱氮的贡献较小（７％）。由于前置反硝化区对脱氮　贡献较大，且较容易利用污水中的碳源，反硝化较为彻底，可以　通过提高前置区反硝化去除量保证系统ＴＮ达标，可以缓解缺氧　区脱氮的压力，大大降低缺氧区投加碳源的成本、及削减回流比　的能耗。　参考文献　［１］王晓莲，彭永臻．Ａ　Ｏ法污水生物脱氮除磷处理技术及应用［Ｍ］．　北京：科学出版社，２００９：３０—３３．　［２］郑兴灿，李亚新．污水脱氮除磷技术［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版　社，１９９８：７６—８８．　［３］张自杰，林荣忱，金儒霖．排水工程下册（第四版）［Ｍ］．北京：中国　建筑工业出版社，２００７：３２０—３２４．　［４］　李捷，熊必永，张树德．亚硝酸盐对聚磷菌吸磷效果的影响［Ｊ］．环　境科学，２００６，２７（４）：７０１—７０３．